Cilvēka enerģijas vielmaiņa

“Cilvēka ķermenis ir “mašīna”, kas var atbrīvot ķīmisko enerģiju, kas saistīta ar pārtikas “degvielu”; šī “degviela” ir ogļhidrāti, tauki, olbaltumvielas un alkohols” (PVO).

Jebkura no uzskaitītajiem avotiem preferenciālai izmantošanai ir atšķirīgas īpašības enerģijas apmaiņas apjoma un ar to saistīto vielmaiņas izmaiņu ziņā.

Dažādu pārtikas enerģijas piegādes vielmaiņas avotu iezīmes

Indikatori	Glikoze	Palmitāts	Olbaltumvielas
Siltuma izdalīšanās, kcal:
Uz 1 mola oksidētā	673	2398	475
Uz 1 g oksidēta	3.74	9.30	5.40
Skābekļa patēriņš:
Kode	66,0	23,0	5.1
L	134	515	114
Oglekļa dioksīda ražošana:
Kode	66,0	16,0	4.1
L	134	358	92
ATP ražošana, moli:	36	129	23
ATP produktu izmaksas:
Elle	18.7	18.3	20.7
V/d	3.72	3,99	4,96
S/d	3.72	2.77	4.00
Elpošanas koeficients	1,00	0,70	0,81
Enerģijas ekvivalents uz 1 litru izmantotā skābekļa	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Enerģijas apmaiņas posmi

Lai gan olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu struktūru disimilācijai un sintēzei ir raksturīgas iezīmes un specifiskas formas, šo dažādo vielu pārveidošanā pastāv vairāki principiāli kopīgi posmi un modeļi. Attiecībā uz metabolisma laikā atbrīvoto enerģiju enerģijas metabolisms jāiedala trīs galvenajos posmos.

I fāzē kuņģa-zarnu traktā lielas barības vielu molekulas tiek sadalītas mazākās. Ogļhidrāti veido 3 heksozes (glikozi, galaktozi, fruktozi), olbaltumvielas - 20 aminoskābes, tauki (triglicerīdi) - glicerīnu un taukskābes, kā arī retākus cukurus (piemēram, pentozes u.c.). Ir aprēķināts, ka cilvēka dzīves laikā caur ķermeni iziet vidēji 17,5 tonnas ogļhidrātu, 2,5 tonnas olbaltumvielu un 1,3 tonnas tauku. I fāzē atbrīvotās enerģijas daudzums ir niecīgs, un tas tiek atbrīvots siltuma veidā. Tādējādi polisaharīdu un olbaltumvielu sadalīšanās laikā tiek atbrīvoti aptuveni 0,6% no kopējās enerģijas un 0,14% tauku, kas veidojas to pilnīgas sadalīšanās laikā līdz galīgajiem vielmaiņas produktiem. Tāpēc ķīmisko reakciju nozīme I fāzē galvenokārt ir barības vielu sagatavošanā faktiskai enerģijas atbrīvošanai.

II stadijā šīs vielas tālāk sadalās nepilnīgas sadegšanas rezultātā. Šo procesu rezultāts – nepilnīga sadegšana – šķiet negaidīts. No 25–30 vielām papildus CO2 un H2O veidojas tikai trīs galaprodukti: α-ketoglutārskābe, oksaloetiķskābe un etiķskābe acetilkoenzīma A veidā. Kvantitatīvi dominē acetilkoenzīms A. II fāzē tiek atbrīvoti aptuveni 30% no barības vielās esošās enerģijas.

III posmā, tā sauktajā Krebsa trikarbonskābes ciklā, trīs II fāzes gala produkti tiek sadedzināti līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim. Šajā procesā tiek atbrīvoti 60–70% barības vielu enerģijas. Krebsa cikls ir vispārējais ogļhidrātu, olbaltumvielu un tauku sadalīšanās pēdējais ceļš. Tas ir sava veida mezgla punkts apmaiņā, kur saplūst dažādu struktūru pārvērtības un ir iespējama sintētisko reakciju savstarpēja pāreja.

Atšķirībā no I posma - hidrolīzes posmiem kuņģa-zarnu traktā - vielu sadalīšanās II un III fāzē tiek atbrīvota ne tikai enerģija, bet arī īpašs tās uzkrāšanās veids.

Enerģijas apmaiņas reakcijas

Enerģijas saglabāšana tiek panākta, pārveidojot pārtikas sadalīšanās enerģiju īpašā ķīmisko savienojumu formā, ko sauc par makroerģiskiem savienojumiem. Šīs ķīmiskās enerģijas nesēji organismā ir dažādi fosfora savienojumi, kuros fosforskābes atlikuma saite ir makroerģiskā saite.

Galvenā vieta enerģijas metabolismā pieder pirofosfāta saitei ar adenozīna trifosfāta skābes struktūru. Šī savienojuma veidā organismā tiek izmantoti 60 līdz 70% no visas enerģijas, kas atbrīvojas olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu sadalīšanās laikā. Enerģijas izmantošanai (oksidācijai ATP veidā) ir liela bioloģiska nozīme, jo šis mehānisms ļauj atdalīt enerģijas atbrīvošanās vietu un laiku no tās faktiskā patēriņa orgānu darbības laikā. Ir aprēķināts, ka 24 stundu laikā organismā izveidotā un sadalītā ATP daudzums ir aptuveni vienāds ar ķermeņa svaru. ATP pārvēršanas laikā par ADP tiek atbrīvoti 41,84–50,2 kJ jeb 10–12 kcal.

Metabolisma rezultātā radītā enerģija tiek tērēta pamata metabolismam, t. i., dzīvības uzturēšanai pilnīgā miera stāvoklī 20 °C apkārtējās vides temperatūrā, augšanai (plastiskajai vielmaiņai), muskuļu darbam un pārtikas gremošanai un asimilācijai (pārtikas specifiskā dinamiskā darbība). Pieaugušajiem un bērniem metabolisma rezultātā radītās enerģijas patēriņš atšķiras.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]

BX

Bērnam, tāpat kā visiem nenobriedušiem zīdītājiem, sākotnēji par 1 1/2 gadiem palielinās bazālā vielmaiņa, kas pēc tam absolūtā izteiksmē nepārtraukti turpina pieaugt un tikpat regulāri samazinās uz ķermeņa masas vienību.

Bieži vien aprēķinu metodes tiek izmantotas, lai aprēķinātu bazālo vielmaiņas ātrumu. Formulas parasti ir orientētas uz garuma vai ķermeņa svara rādītājiem.

Bazālā vielmaiņas ātruma aprēķināšana, izmantojot ķermeņa svaru (kcal/dienā). FAO/PVO ieteikumi.

Vecums	Zēni	Meitenes
0–2 gadi	60,9 R-54	61 R - 51
3–9 gadi	22,7 reizes + 495	22,5 R + 499
10–17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17.–30.	15,3 reizes +679	14,7 reizes + 496

Kopējā ar pārtiku saņemtā enerģija tiek sadalīta, lai nodrošinātu pamata metabolismu, pārtikas specifisko dinamisko darbību, ar izvadīšanu saistīto siltuma zudumu, fizisko (motorisko) aktivitāti un augšanu. Enerģijas sadales struktūrā, t.i., enerģijas metabolismā, izšķir:

• Saņemtā enerģija (no pārtikas) = uzkrātā enerģija + patērētā enerģija.
• Uzņemtā enerģija = Saņemtā enerģija - Ar fekālijām izvadītā enerģija.
• Metabolizētā enerģija = Saņemtā enerģija - Uzturēšanas (dzīvības) un aktivitātes enerģija jeb "pamata izmaksas".
• Galveno izmaksu enerģija ir vienāda ar summu:
  • bazālā vielmaiņas ātrums;
  • termoregulācija;
  • pārtikas sasilšanas efekts (WEF);
  • darbības izmaksas;
  • Jaunu audu sintezēšanas izmaksas.
• Nogulsnēšanās enerģija ir enerģija, kas patērēta olbaltumvielu un tauku nogulsnēšanai. Glikogēns netiek ņemts vērā, jo tā nogulsnēšanās (1%) ir nenozīmīga.
• Uzkrātā enerģija = Metabolizētā enerģija - Pamata enerģijas patēriņš.
• Augšanas enerģijas izmaksas = Jaunu audu sintēzes enerģija + Jaunajos audos uzkrātā enerģija.

Galvenās vecuma atšķirības slēpjas izaugsmes izmaksu un, mazākā mērā, aktivitātes attiecību veidos.

Ar vecumu saistītas dienas enerģijas patēriņa sadalījuma iezīmes (kcal/kg)

Vecums	BX	SDDP	Izvadīšanas zudumi	Aktivitāte	Augstums	Kopā
Priekšlaicīga	60	7	20	15	50	152
8 nedēļas	55	7	11	17	20	110
10 mēneši	55	7	11	17	20	110
4 gadi	40	6	8	25	8.–10.	87.–89. lpp.
14 gadus vecs	35	6	6	20	14	81
Pieaugušais	25	6	6	10	0	47

Kā redzat, augšanas izmaksas jaundzimušajam ar mazu svaru un pirmajā dzīves gadā ir ļoti ievērojamas. Protams, pieaugušajam tās vienkārši nav. Fiziskās aktivitātes rada ievērojamu enerģijas patēriņu pat jaundzimušajam un zīdainim, kur tās izpaužas kā krūts zīšana, nemiers, raudāšana un kliegšana.

Kad bērns ir nemierīgs, enerģijas patēriņš palielinās par 20–60 %, bet kliedzot — 2–3 reizes. Slimībām ir savas prasības attiecībā uz enerģijas patēriņu. Tas īpaši palielinās, paaugstinoties ķermeņa temperatūrai (pie 1 °C vielmaiņas paātrināšanās ir 10–16 %).

Atšķirībā no pieaugušajiem, bērni daudz enerģijas patērē augšanai (plastmasas metabolismam). Tagad ir noteikts, ka, lai uzkrātu 1 g ķermeņa masas, t. i., jaunus audus, ir jāpatērē aptuveni 29,3 kJ jeb 7 kcal. Precīzāks ir šāds aprēķins:

• Augšanas enerģijas "izmaksas" = sintēzes enerģija + nogulsnēšanās enerģija jaunos audos.

Priekšlaicīgi dzimušam, maza svara bērnam sintēzes enerģija ir no 1,3 līdz 5 kJ (no 0,3 līdz 1,2 kcal) uz 1 g ķermeņa masas. Pilnlaikā dzimušam bērnam - 1,3 kJ (0,3 kcal) uz 1 g jaunā ķermeņa masas.

Kopējās augšanas enerģijas izmaksas:

• līdz 1 gadam = 21 kJ (5 kcal) uz 1 g jaunu audu,
• pēc 1 gada = 36,5–50,4 kJ (8,7–12 kcal) uz 1 g jaunu audu jeb aptuveni 1% no kopējās uzturvielu satura enerģijas.

Tā kā bērnu augšanas intensitāte dažādos periodos atšķiras, plastmasas metabolisma īpatsvars kopējā enerģijas patēriņā ir atšķirīgs. Visintensīvākā augšana ir intrauterīnajā attīstības periodā, kad cilvēka embrija masa palielinās 1 miljardu 20 miljonus reižu (1,02 x 109). Augšanas temps pirmajos dzīves mēnešos turpina saglabāties diezgan augsts. Par to liecina ievērojams ķermeņa masas pieaugums. Tāpēc bērniem pirmajos 3 mēnešos "plastmasas" metabolisma īpatsvars enerģijas patēriņā ir 46%, pēc tam pirmajā gadā tas samazinās, bet no 4 gadiem, un jo īpaši pirmspubertātes periodā, novēro augšanas intensitātes pieaugumu, kas atkal atspoguļojas plastmasas metabolisma pieaugumā. Vidēji 12% no enerģijas nepieciešamības tiek tērēti augšanai bērniem vecumā no 6 līdz 12 gadiem.

Enerģijas izmaksas izaugsmei

Vecums	Ķermeņa svars, kg	Svara pieaugums, g/dienā	Enerģētiskā vērtība, kcal/dienā	Enerģētiskā vērtība, kcal/(kg dienā)	Procentos no bazālā vielmaiņas ātruma
1 mēnesis	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 gads	10.4	10	63	6	11
5 gadi	17.6	5	32	2	4
14 gadus vecas, meitenes	47,5	18	113	2	8
16 gadi, zēni	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Enerģijas patēriņš grūti uzskaitāmiem zudumiem

Zaudējumi, kurus ir grūti izskaidrot, ietver tauku, gremošanas sulu un gremošanas trakta sieniņās un dziedzeros saražoto sekrētu zudumus ar fekālijām, ar epitēlija šūnu lobīšanos, ādas, matu, nagu pārklājošo šūnu atdalīšanos ar sviedriem un meitenēm, sasniedzot pubertāti, ar menstruālajām asinīm. Diemžēl šī problēma bērniem ir tikpat kā pētīta. Tiek uzskatīts, ka bērniem, kas vecāki par vienu gadu, tas ir aptuveni 8% no enerģijas patēriņa.

[ 11 ]

Enerģijas patēriņš aktivitātēm un ķermeņa temperatūras uzturēšanai

Enerģijas patēriņa daļa aktivitātei un ķermeņa temperatūras uzturēšanai mainās līdz ar bērna vecumu (pēc 5 gadiem tas tiek iekļauts muskuļu darba jēdzienā). Pirmajās 30 minūtēs pēc dzimšanas jaundzimušā ķermeņa temperatūra samazinās gandrīz par 2° C, kas rada ievērojamu enerģijas patēriņu. Maziem bērniem bērna organisms ir spiests tērēt 200,8–418,4 kJ/(kg • dienā) jeb 48–100 kcal/(kg • dienā), lai uzturētu nemainīgu ķermeņa temperatūru apkārtējās vides temperatūrā zem kritiskās (28...32° C) un aktivitātes. Tāpēc ar vecumu absolūtais enerģijas patēriņš nemainīgas ķermeņa temperatūras un aktivitātes uzturēšanai palielinās.

Tomēr enerģijas patēriņa daļa nemainīgas ķermeņa temperatūras uzturēšanai bērniem pirmajā dzīves gadā ir mazāka, jo mazāks bērns. Pēc tam enerģijas patēriņš atkal samazinās, jo ķermeņa virsmas laukums uz 1 kg ķermeņa svara atkal samazinās. Tajā pašā laikā enerģijas patēriņš aktivitātei (muskuļu darbam) palielinās bērniem, kas vecāki par vienu gadu, kad bērns sāk patstāvīgi staigāt, skriet, nodarboties ar fizisko audzināšanu vai sportu.

Fizisko aktivitāšu enerģijas izmaksas

Kustības veids	Kalorijas/minūtē
Braukšana ar velosipēdu nelielā ātrumā	4.5
Riteņbraukšana vidējā ātrumā	7.0
Braukšana ar velosipēdu lielā ātrumā	11.1
Dejošana	3,3–7,7
Futbols	8.9
Vingrošanas vingrinājumi uz aparātiem	3.5
Sprinta skriešana	13,3–16,8
Garo distanču skriešana	10.6
Slidošana	11.5
Distanču slēpošana mērenā ātrumā	10,8–15,9
Distanču slēpošana ar maksimālo ātrumu	18.6
Peldēšana	11,0–14,0

Bērniem vecumā no 6 līdz 12 gadiem fiziskajām aktivitātēm patērētās enerģijas daļa ir aptuveni 25% no nepieciešamās enerģijas, bet pieaugušajiem - 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Pārtikas specifiskā dinamiskā darbība

Pārtikas specifiskā dinamiskā ietekme mainās atkarībā no uztura rakstura. Tā ir izteiktāka ar olbaltumvielām bagātu pārtiku, mazāk ar taukiem un ogļhidrātiem. Otrā dzīves gada bērniem pārtikas specifiskā dinamiskā ietekme ir 7–8%, vecākiem bērniem – vairāk nekā 5%.

Ieviešanas izmaksas un stresa pārvarēšana

Tas ir dabisks normālas dzīves aktivitātes un enerģijas patēriņa virziens. Dzīves un sociālās adaptācijas process, izglītība un sports, starppersonu attiecību veidošanās - to visu var pavadīt stress un papildu enerģijas patēriņš. Vidēji tas ir papildu 10% no ikdienas enerģijas "devas". Tajā pašā laikā akūtu un smagu slimību vai traumu gadījumā stresa patēriņa līmenis var ievērojami palielināties, un tas ir jāņem vērā, aprēķinot pārtikas devu.

Zemāk ir sniegti dati par enerģijas pieprasījuma pieaugumu stresa laikā.

Valstis	Enerģijas pieprasījuma izmaiņas
Apdegumi atkarībā no apdegušās ķermeņa virsmas procentuālās daļas	+ 30...70%
Vairāki ievainojumi ar mehānisko ventilāciju	+ 20...30%
Smagas infekcijas un daudzkārtēja trauma	+ 10...20%
Pēcoperācijas periods, vieglas infekcijas, kaulu lūzumi	0... + 10%

Pastāvīgs enerģijas nelīdzsvarotības stāvoklis (pārākums vai deficīts) izraisa ķermeņa svara un garuma izmaiņas visos attīstības un bioloģiskā vecuma rādītājos. Pat mērens enerģijas deficīts (4–5%) var izraisīt bērna attīstības aizturi. Tāpēc pārtikas enerģijas nodrošinājums kļūst par vienu no svarīgākajiem nosacījumiem atbilstošai augšanai un attīstībai. Šī nodrošinājuma aprēķins jāveic regulāri. Lielākajai daļai bērnu ieteikumi par kopējo ikdienas uztura enerģiju var kalpot par analīzes kritērijiem; dažiem bērniem ar īpašiem veselības stāvokļiem vai dzīves apstākļiem ir nepieciešams individuāls aprēķins, pamatojoties uz visu enerģiju patērējošo komponentu summu. Turpmāk minētās enerģijas patēriņa aprēķināšanas metodes var kalpot kā piemērs vispārējo vecuma standartu izmantošanai un šo standartu individuālas korekcijas iespējai.

Aprēķina metode bazālā vielmaiņas ātruma noteikšanai

Līdz 3 gadiem	3–10 gadi	10–18 gadi
Zēni
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Meitenes
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Papildu izdevumi

Bojājumu kompensācija — bazālā vielmaiņas ātrums tiek reizināts: nelielu operāciju gadījumā — ar 1,2; skeleta traumu gadījumā — ar 1,35; sepses gadījumā — ar 1,6; apdegumu gadījumā — ar 2,1.

Pārtikas specifiskā dinamiskā iedarbība: + 10% no bazālā vielmaiņas ātruma.

Fiziskās aktivitātes: gultas režīms + 10% no bazālā vielmaiņas ātruma; sēdēšana krēslā + 20% no bazālā vielmaiņas ātruma; pacients ievietots slimnīcas palātā + 30% no bazālā vielmaiņas ātruma.

Drudža izmaksas: par katru 1°C vidējās ķermeņa temperatūras paaugstināšanās dienā +10–12% no bazālā vielmaiņas ātruma.

Svara pieaugums: līdz 1 kg/nedēļā + 1260 kJ (300 kcal) dienā.

Ir pieņemts veidot dažus ar vecumu saistītus iedzīvotāju energoapgādes standartus. Daudzās valstīs ir šādi standarti. Uz to pamata tiek izstrādātas visas organizēto grupu pārtikas devas. Arī individuālās pārtikas devas tiek pārbaudītas atbilstoši tiem.

Ieteikumi par uztura enerģētisko vērtību bērniem no mazotnes līdz 11 gadu vecumam

	0–2 mēneši	3–5 mēneši	6–11 mēneši	1–3 gadi	3–7 gadi	7–10 gadi
Enerģija, kopējā, kcal	-	-	-	1540. gadā	1970. gadā	2300
Enerģija, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Ieteikumi enerģijas standartizācijai (kcal/(kg dienā))

Vecums, mēneši	FAO/PVO (1985)	ANO (1996)
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4–10	95–99	100
10–12	100–104	109
12.–24.	105	90

Enerģijas metabolisma aprēķināšana un korekcija ir vērsta uz galveno enerģijas nesēju, t.i., galvenokārt ogļhidrātu un tauku, deficīta novēršanu. Vienlaikus šo nesēju izmantošana noteiktiem mērķiem ir iespējama tikai ņemot vērā un koriģējot daudzu fundamentāli nepieciešamo pavadošo mikroelementu nodrošinājumu. Tādēļ ir īpaši svarīgi nozīmēt kāliju, fosfātus, B grupas vitamīnus, īpaši tiamīnu un riboflavīnu, dažreiz karnitīnu, antioksidantus utt. Šī nosacījuma neievērošana var izraisīt ar dzīvību nesavienojamus stāvokļus, kas rodas tieši intensīvas enerģijas uztura, īpaši parenterālas, gadījumā.